凡是成功的機(jī)械師和編程員都會認(rèn)識到，高速加工是一種本質(zhì)上完全不同的加工方法。

    保持材料的恒定切削

    在一個經(jīng)過優(yōu)化的系統(tǒng)中，所有的操作元素，只要求比它們所能發(fā)揮的峰值能力低一點(diǎn)兒，沒有一項(xiàng)需要超負(fù)荷發(fā)揮，這就是我們在高速加工中應(yīng)該努力達(dá)到的目標(biāo)。為了避免刀具在加工過程中的損壞，加工速度和進(jìn)給率都應(yīng)保持在刀具路徑所能承受的峰值負(fù)荷之內(nèi)。然而，在所有的非峰值負(fù)荷操作期間，速度和進(jìn)給率應(yīng)該以這樣的方式設(shè)定：讓刀具的速度低于其可能達(dá)到的極限速度。在整個切削過程中，我們希望刀具在其閾值的邊緣范圍內(nèi)工作。也就是說，我們希望材料的切削保持恒定不變的狀態(tài)或保持恒定的切屑負(fù)荷。如果切屑負(fù)荷不穩(wěn)定，那么可能會發(fā)生以下兩種情況：要么是該工藝損壞了刀具，要么是該工藝運(yùn)行速度太慢。

    在CAM編程過程中，優(yōu)化粗加工的金屬切削速度是*重要的一個步驟。根據(jù)刀具和材料的某一特定組合情況，加工工作臺所推薦的切削深度和跨距是假定您在整個的刀具路徑中采用同樣的跨距進(jìn)行粗加工切削的。然而，如果您的路徑涉及到開槽移動，或無意中陷入到圓角之中，那么刀具可能會碰到比預(yù)期更多的材料。

    只有當(dāng)需要切削的材料各個面都是開放式的時候，采用簡單的偏置加工模式才是*理想的。如果需要加工的壁面與您準(zhǔn)備進(jìn)行粗加工的區(qū)域相鄰，那么這一加工模式可能會造成刀具在整個材料上開槽（圖1）。更好的辦法是選用零件隨同偏置模式。這種加工模式是從零件的壁面開始的，逐漸向內(nèi)加工，這樣可避免開槽。即使這一刀具路徑包括許多快速的切削運(yùn)動，但由于這一模式允許增加跨距，整體的加工時間也可以隨之減少。*好的辦法是采用擺線加工模式，它可監(jiān)控刀具的切削量，保持穩(wěn)定的閾值。

圖1采用普通的加工模式（上），刀具需花費(fèi)一定時間開槽；采用零件隨同加工模式（中），可提高工藝的加工效率，避免開槽；采用擺線加工模式（下），可進(jìn)一步使工藝的效率提高，防止刀具陷入其中

    堅(jiān)持Z水平操作

    在大多數(shù)情況下，與預(yù)計(jì)的精加工操作相比，通過Z水平操作（也稱作“水平線”或“Z常數(shù)”加工）對3D表面進(jìn)行精加工，可提供更好的材料接觸性能和更穩(wěn)定的表面粗糙度。在固定的軸向切削深度和從上向下的切削過程中，采用Z水平操作可保證穩(wěn)定的材料切削速度和穩(wěn)定的刀具適應(yīng)能力。相反，預(yù)計(jì)的光柵操作需根據(jù)零件的幾何形狀上下爬坡，當(dāng)它們在攀爬陡坡時，以及在軸向接觸的過程中會受到大量波峰的影響。如果這些峰值負(fù)荷區(qū)沒有使刀具損壞，那么該工藝中的非陡坡零件切削速度也會變得太慢。

    了解控制系統(tǒng)

    某些控制系統(tǒng)具有高速處理的模式，在粗加工操作過程中，亞微米級精度會受到過度的影響，但它可為加速性能和減速性能提供有利的條件。例如，在Makino機(jī)床上采用Fanuc控制系統(tǒng)，在進(jìn)行粗加工周期前，只要以簡單的M251代碼進(jìn)行車削加工，就可使粗加工時間減少30%。西門子的Sinumerik840D控制系統(tǒng)也具有同樣的高速周期性能（832周期），這可以允許用戶設(shè)定各種不同速度的*佳模式。來自UGS公司NX類的先進(jìn)CAM系統(tǒng)可以提供專用的操作樣板，一旦其設(shè)置值確定以后，就可用來自動操作。

    較短的刀具更為理想

    刀具是采用懸臂安裝的，刀具的作用力集中在自由臂上。根據(jù)物理公式證明，刀具的偏差是與刀具的長度成正比的。例如，一把直徑6mm、長度24mm的刀具與一把長度20mm的同樣刀具相比，其偏差要比后者高50%（圖2）。

圖2刀具長度增加20%會使刀具加工偏差增加50%

    刀刃上的偏差主要來自于刀具的各種負(fù)面效應(yīng)，如刀具的顫振、擺動和沖擊負(fù)荷。因此應(yīng)盡量將這些偏差降低到*低限度，這一點(diǎn)是非常重要的。降低刀具的長度是控制刀具偏差的*好辦法，而且仍然能保持其材料的高切削速度。在UGS公司的NX加工中，刀具長度顧問向用戶提出了刀具的*低長度要求，確保其以足夠的長度來加工某一特定的幾何形狀。

    不要直接攀越陡坡

圖3上邊的刀具路徑可使刀具輕松地攀越陡坡。將刀具的路徑角度改變45°以后（下）有利于降低刀具上的負(fù)荷

    徒步旅行者可以告訴你，在爬山時，需要保持一定的角度才能更有效、更容易地攀越山坡。對于立銑刀來說，要攀越陡坡也是非常困難的，因?yàn)樵谂势逻^程中，刀具將會碰到更多的材料。當(dāng)坡度越來越陡時（如在大部分的模具型腔和型芯的吃刀面上），刀具的軸向阻力會大大增加。這一阻力可能會使刀具折斷。

    有兩種技術(shù)可以降低刀具在爬坡過程中產(chǎn)生的巨大阻力。一種是采用曲折的路徑來改變爬坡角度，使刀具接近坡壁的角度為45，而不是讓刀具直接往坡度里拱動前進(jìn)。總之，以一定的角度爬坡有利于降低其有效的坡度，以免刀具超過負(fù)荷（圖3）。采用45切削的另一個好處是，在0~90的圓角運(yùn)行在每一次走刀過程中只是暫時性的接觸，這樣，可使刀具有一段恢復(fù)的時間。在經(jīng)過幾道走刀以后，與這些圓角平行的切削將會增加刀具的負(fù)荷，可能會使刀尖的溫度上升，削弱刀具的強(qiáng)度。

    為避免刀具在切削坡壁時發(fā)生過載現(xiàn)象，還可以采用另一種技術(shù)，即采用Z水平操作方法，預(yù)先加工這些坡壁。然后再進(jìn)行整個零件上曲折區(qū)域的銑削加工，而這些坡壁的預(yù)加工意味著刀具在碰到這些坡壁時，其之字形曲折銑削可避免刀具增加不必要的負(fù)荷。

    加強(qiáng)與刀具設(shè)計(jì)者的互動

圖4增加此處的閉合圓角半徑可使零件的加工時間減少20%

    與其他的特點(diǎn)相比，某些特點(diǎn)需要更仔細(xì)的編程和加工。例如，在模具零件的加工中，經(jīng)常會碰到一些較小的凹面圓角半徑和狹窄的槽縫。因此，應(yīng)該讓你的刀具設(shè)計(jì)人員了解這類潛在的、具有挑戰(zhàn)性的加工實(shí)例，它們會使你們的加工變得更加容易。例如，大部分閉合模具的表面不需要精密的垂直圓角和槽縫。這些是很容易修正的，從而使零件的加工更加容易和更加快速（圖4）。總之，有效的高速加工不僅僅涉及到主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和刀具路徑的圓滑程度，而且還要注意到刀具路徑本身的性質(zhì)，甚至還涉及到更廣泛的交流和聯(lián)系。高速加工模具技巧